Опубликовано в рубрике | | 14 июля 2017 | Новости науки и техники
Китайские ученые впервые «телепортировали» фотоны с поверхности на околоземную орбиту
Мы уже рассказывали нашим читателям, что в прошлом году в грузовом отсеке ракеты Long March 2D, запущенной с космодрома Центра запуска спутников Цзючуан (Jiuquan Satellite Launch Center), в космос отправился квантовый коммуникационный спутник Micius, получивший свое название в честь древнего китайского философа. Спутник был помещен на солнечную синхронную орбиту и он находится постоянно в одной точке пространства по отношению к Земле. На спутнике Micius установлен крайне чувствительный фотодетектор, способный измерить квантовое состояние прибывающих с земли фотонов лазерного света. И это дает ученым возможность осуществлять практическую проверку работы базовых квантовых технологий, таких, как использование квантовой запутанности, квантовую криптографию и квантовую телепортацию.
Не так давно исследовательская группа, работающая со спутником Micius, уже публиковала некоторые из своих достижений, а буквально на днях китайские ученые опубликовали более детальные результаты проведения квантовых экспериментов. Нам уже известно, что китайские исследователи создали первую в истории квантовую сеть космической связи, установив рекорд по дальности использования явления квантовой запутанности. И при помощи этой квантовой запутанности им удалось впервые телепортировать объект, крошечный фотон света, с поверхности Земли на орбиту.
Здесь следует заметить, что квантовая телепортация не подразумевает перемещения какого-либо материального объекта. При квантовой телепортации осуществляется лишь мгновенная передача квантового состояния от одной из двух запутанных на квантовом уровне частиц, фотонов в данном случае. Квантовая телепортация уже была неоднократно осуществлена в лабораториях на земле, но состояние квантовой запутанности является чрезвычайно хрупким, и взаимодействие одного запутанного фотона с атомами или молекулами атмосферы или материала оптоволокна тут же разрушает его. В результате этого максимальная дальность, на которой можно было использовать явление квантовой запутанности, исчислялось до этого сотней километров с небольшим.
Однако спутник Micius движется по орбите, удаленной от поверхности Земли на 500 километров, и большую часть пути от Земли до спутника, фотоны проходят в условиях космического вакуума. Кроме этого, для минимизации влияния атмосферы на фотоны, наземная базовая станция была установлена в Тибетских горах на высоте 4 тысячи метров над уровнем моря. Таким образом, расстояние от станции до спутника Micius составляет 1400 километров, когда он выходит из-за горизонта, и 500 километров, когда спутник находится в зените.
Для проведения квантовых экспериментов китайские исследователи использовали источник, вырабатывающий пары запутанных фотонов со скоростью около 4 тысяч пар в секунду. Один из пары запутанных фотонов отправлялся в космос, а второй — оставался на Земле. По достижению одним фотоном датчика спутника Micius производилось синхронное измерение квантовых параметров обоих фотонов. И за 32 дня проведения такого эксперимента ученым удалось зарегистрировать 911 случаев успешной квантовой телепортации из миллионов фотонов, посланных в космос. При этом, некоторые из случаев были зарегистрированы на максимальной дистанции, составляющей 1400 километров.
Данное достижение является первым случаем квантовой телепортации с Земли в космос и рекордом по расстоянию использования явления квантовой запутанности. Более того, данная работа уже стала своего рода базой для технологий, которые будут разработаны и использованы в будущем, к примеру, дальней квантовой космической связи и глобального квантового Интернета.